为什么宇宙布满星星，却还是那么黑？

公众号新闻

2024-01-22 14:01

图片来源：NASA, ESA, CSA, STScI, Samuel Crowe (UVA)

撰文 | 布莱恩·杰克逊（Brian Jackson）

翻译 | 杨安琪

审校 | 不周

长期以来，人们一直好奇，为什么太空中繁星密布，但看上去仍是黑暗的，这个问题如此出名，也被称为奥伯斯佯谬（Olbers' paradox）。

天文学家估计，在可观测的宇宙中，大约有2000亿万亿（2*10²³）颗恒星。其中许多恒星和我们的太阳一样亮，甚至比太阳更亮。那么为什么太空看上去还是一片黑暗呢?

我是一名天文学家，研究恒星和行星（括太阳系外的恒星和行星）以及它们在太空中的运动。而对遥远恒星和行星的研究让我理解了太空为何如此黑暗。

你可能会猜测，这是因为宇宙中的许多恒星距离地球都很远。当然，一颗恒星离我们越远，它看起来确实也越昏暗——距离我们10倍远的恒星看起来暗淡了100倍。但事实证明，这并不是全部答案。

位于“气泡”中的我们

暂且假设宇宙非常古老，以至于最遥远的恒星发射的光也有足够的时间到达地球。在这个假想的场景中，宇宙中所有的恒星都没有移动。

我们可以想象，以地球为中心有一个大气泡。如果这个气泡直径约为10光年，它将包含大约12颗恒星。当然，在几光年之外，许多恒星从地球上看都会显得很暗淡。

图片来源：COSMOS-Web/Kartaltepe, Casey, Franco, Larson, et al./RIT/UT Austin/CANDIDE.

如果继续将气泡扩大到1000光年，然后是100万光年，然后是10亿光年，气泡中距离地球最远的恒星看起来将更加模糊不清。但越来越大的气泡中也会包含越来越多的恒星，它们都在发光。尽管最远的恒星看起来越来越暗淡，但它们的数量越来越多，应该会让整个夜空看起来非常明亮。

我似乎又绕回了问题的起点，但其实我更接近答案了。

宇宙的“年龄”很重要

在上文描述的气泡中，我让大家假想恒星不会移动，而宇宙非常古老。但事实上，宇宙只有短短的不到140亿年的历史。

从人类的角度来看，这是很长的一段时间，但从天文学的角度来看，这段时间其实非常短。距离我们超过130亿光年的恒星发出的光还没有到达地球。因此，尽管以地球为中心的气泡包含了我们能看到的所有恒星，但这个距离仅仅延伸到了距离地球130多亿光年的地方。

图片来源：NASA, ESA, CSA.

气泡中没有足够的恒星来点亮每个方向，看起来自然是一片黑暗。当然，如果你朝天空的某些方向看，你可能看到星星。如果朝天空的其他方向看，你可能看不到任何星星。这是因为，在这些黑暗区域中，可能阻挡你视线的恒星距离地球太过遥远，它们的光线还没有到达地球。随着时间的流逝，这些越来越遥远的恒星发出的光终有一天会到达我们这里。

多普勒频移

你可能会问，夜空最终是否会被完全点亮。但这又回到了前文气泡假设中的另一个条件：所有的恒星都不移动。但我们知道，宇宙其实正在膨胀，最遥远的星系正以接近光速的速度远离地球。

星系远离得如此之快，以至于恒星发出的光被不断拉长，移动到了人眼根本看不到的光谱频段，这种效应也被称为多普勒频移。因此，即使这些光有足够的时间到达我们身边，我们依然无法用眼睛看到最遥远恒星发出的光。而夜空也不会完全被照亮。

图片来源：NASA, ESA, CSA, STScI NASA、ESA、CSA、STScI

如果你等得足够久，最终所有的恒星都会燃烧殆尽——像太阳这样的恒星只能持续大约100亿年。据天文学家假设，在遥远的未来——从现在开始的一千万亿年后——宇宙将变得黑暗，只剩下像白矮星和黑洞这样的恒星残骸。

尽管夜空并没有完全布满繁星，但我们生活在宇宙生命中一个非常特殊的时期。我们很幸运能亲眼目睹宇宙的纷繁复杂，见证星光和黑暗交织的夜空。

原文链接：

https://theconversation.com/why-is-space-so-dark-even-though-the-universe-is-filled-with-stars-205810

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来源: qq

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